Når energi overføres gjennom væske, må retningen bestemmes, og kontinuerlig full kontroll må opprettholdes. Uten full kontroll er energien ubrukelig, eller verre – maskinen kan bli skadet. En av de viktigste fordelene med hydraulikkteknologi er muligheten til å bruke hydrauliske kontrollventiler for å relativt enkelt regulere energien.

Hydrauliske styringsklaffer

En hydraulisk kontrollventil er en mekanisk komponent som består av et ventilkorpus med interne kanaler som kan koble til eller blokkere væskestrømmen, samt interne bevegelige deler. Kanalene i korpuset brukes til å transportere olje. Bevegelsen til de interne bevegelige delene regulerer maksimal trykk, strømningsretning og strømningshastighet i systemet.

Systemtrykkkontroll

Hydraulisk energi kan overføres til en hydraulisk sylinder. Når resultatet er vellykket arbeid, er arbeidet utført når sylinderen er fullstendig utspent. Pumpen med positiv fortrengning vil fortsette å absorbere mer energi fra sin drivmaskin. Dette skaper høyere trykk i oljen. (Merk: den minste motstanden i systemet bestemmer det hydrauliske trykket som påføres.) Når sylinderen utspennes ytterligere, blir systemets fysiske styrke den minste motstanden.

Pumpen vil øke trykket ytterligere for å overvinne denne motstanden. Trykkreguleringsventiler brukes for å holde systemtrykket innenfor et tryggt område.

Trykkreguleringsventil

De indre bevegelige delene i en trykkreguleringsventil virker basert på trykk. Når systemtrykket når en viss innstilt verdi, kobler eller blokkerer de indre bevegelige delene én av kanalene i ventilkroppen, slik at olje enten strømmer gjennom eller hindres i å strømme inn i den aktuelle kanalen.

Konstruksjon av trykkreguleringsventil

En trykkstyringsventil består av et ventilkorpus med primære og sekundære kanaler samt interne bevegelige deler (spolen). De eksterne tilkoblingene til kanalene kalles den primære porten og den sekundære porten.

Hvordan en trykkstyringsventil fungerer

Den interne bevegelige delen i en trykkstyringsventil er vanligvis en spoletype-enhet. Når spolen er i én endestilling, er den interne kanalen koblet sammen, og væskestrøm kan gå gjennom. Når den er i den andre endestillingen, er den interne kanalen blokkert, og strømmen gjennom ventilen er avskåret.

I en trykkstyringsventil er spolen fjærbelastet mot én endestilling. I denne normalt lukkede stillingen er den interne kanalen blokkert og strømningsbanen gjennom ventilen er lukket. Denne typen kalles en normalt lukket trykkstyringsventil.

Trykkstyringsventilen registrerer trykket ved bunnen av spolen. Denne bunnkanalen er forbundet med hovedporten. Når systemtrykket stiger over fjærkraften, beveger spolen seg for å koble sammen den indre kanalen, slik at væske kan strømme gjennom ventilen.

(Det hydrauliske trykket som brukes til å styre spolbevegelse kalles pilottrykk. Å bruke pilottrykk til å styre en ventil kalles pilotstyring og er den vanligste metoden for å styre alle typer hydrauliske ventiler.)

Hvis hovedporten på denne typen trykkstyringsventil er koblet til systemtrykk-siden, og pumpetrykket blir for høyt, kan væskestrømmen fra pumpen avledes gjennom denne ventilen til oljetanken — denne typen normalt lukket trykkstyringsventil kalles en trykkavlastningsventil.

Figur 7-2 Normalt lukket trykkstyringsventil (drift av trykkavlastningsventil). Fjæren holder spolen lukket inntil systemtrykket overstiger fjærens innstilling, deretter flytter spolen seg og åpner en vei til tanken.

Figur 7-3 Et enkelt hydraulisk kretsløp med trykkstyring (trykkavlastningsventil). Når sylindern når enden av slaglengden, åpner trykkavlastningsventilen og leder pumpens strøm tilbake til tanken, noe som begrenser maksimalt systemtrykk.

Retningsstyring av aktuatorer

Når en hydraulisk sylinder er fullstendig utrekt, må den trekkes inn igjen for at arbeidet skal kunne utføres på nytt. Av denne grunnen brukes sylindere som må bevege seg i to retninger vanligvis som toveisvirkende sylindere – det vil si hydrauliske sylindere med to tilkoblingsportaler.

Dobbeltvirkende hydraulisk sylinder

En toveisvirkende hydraulisk sylinder har én port i hver ende av sylinderkroppen, slik at olje kan strømme inn og ut, og slik at stempelet kan bevege seg i begge retninger (toveisvirkende). For å skille mellom de to portene på en toveisvirkende sylinder merker vi én port «A» og den andre «B».

RETTELSEREGULERINGSVENTIL

De indre bevegelige delene i en retningsstyringsventil har funksjonen å koble sammen eller blokkere de indre kanalene i ventilkroppen, og dermed styre retningen på oljestrømmen.

Retningsstyringsventilkonstruksjon

En typisk retningsstyringsventil har fire interne kanaler i ventilkroppen og en skyvekule som kan koble sammen eller blokkere disse kanalene.

Hvordan en retningsstyringsventil fungerer

Når kula er i én endestilling, kobles trykkkanalen til arbeidskanal A, og returkanalen kobles til arbeidskanal B. Når kula skifter til den andre endestillingen, kobles trykkkanalen til arbeidskanal A, og returkanalen kobles til arbeidskanal B. Ved å bytte retning på kulens bevegelse endres oljestrømmens retning inn i hydraulikksylinderen.

Når sylinderstangen strekkes ut og trekkes inn fullt som kreves, er arbeidet utført. Når kula skifter til den andre endestillingen, strømmer olje inn i den andre siden av sylinderen – og sylinderstangen trekkes inn.

Figur 7-4: Retningsstyringsventil i en dobbeltvirkende sylinderkrets. Ved å forskyve kulen reverseres oljestrømmens retning, noe som reverserer sylindrens bevegelse.

Hastighetskontroll av aktuatorer

I mange applikasjoner må arbeidsfarten til aktuatoren kontrolleres, og noen ganger må den kontrolleres svært nøyaktig. Som forklart tidligere er farten til aktuatorer (sylindere, hydrauliske motorer) direkte knyttet til oljeinjeksjonsraten — aktuatorfarten bestemmes av innstrømningshastigheten.

Siden pumpens forskyvningsvolum kan være fast, er det mulig å velge pumpens strømningshastighet basert på den nødvendige aktuatorfarten. Dette er bare praktisk i systemer med én enkelt aktuator.

Vanligvis er det flere aktuatorer i et hydraulisk system. Hvis systemet krever at hver hydraulisk sylinder skal virke uavhengig av de andre, bør pumpens strømningshastighet velges basert på den største hydrauliske sylinderen som krever høyest fart. Dette betyr at mindre aktuatorer vil bevege seg raskere, noe som ikke alltid er ønskelig. For å redusere strømmen til disse eller andre aktuatorer må en strømningsreguleringsventil brukes.

Strømreguleringsventil

Når man bruker en strømningsreguleringsventil, er det alltid mulig å redusere strømmen fra pumpen til aktuatoren.

Konstruksjon av strømningsreguleringsventil

En typisk strømningsreguleringsventil består av et ventilkropp og en bevegelig del. I vårt eksempel er den bevegelige delen en justeringsnål med tynnende ender. Siden nålen ikke faktisk beveger seg under drift (den er forhåndsinnstilt til en posisjon), er det mer riktig å kalle de bevegelige delene i strømningsreguleringsventilen for «justerbare» fremfor «bevegelige».

Hvordan en strømningsreguleringsventil fungerer

I et hydraulisk system fungerer strømningsreguleringsventilen alltid sammen med trykkreguleringsventilen (overlastventilen). Strømningsreguleringsventilen utgjør en motstand. Den fører til at den hydrauliske pumpen produserer høyere trykk. Dette trykket kan føre til at en del av pumpens strømning åpner overlastventilen, noe som reduserer strømmen gjennom strømningsreguleringsventilen og dermed strømmen til aktuatoren.

Figur 7-5: Strømningsreguleringskrets. Nåleventilen begrenser strømmen til sylindern. Overskuddsstrømningen fra pumpen går via overlastventilen til tanken. Åpningen i nåleventilen bestemmer sylinderns hastighet.

Et enkelt hydraulisk system

Alle komponentene som er beskrevet ovenfor kan utgjøre et enkelt hydraulisk system. Ettersom den hydrauliske energien i dette systemet er kontrollerbar, kan systemet utføre nyttig arbeid.

Hydrauliske systemer brukes mye i mange områder, fra luft- og romfart, fly og militære utstyr til industrielle systemer, gående maskiner og stålutstyr. Virkemåten for hydrauliske systemer i alle disse anvendelsene er den samme som beskrevet ovenfor. Den eneste forskjellen mellom ulike «typer» hydrauliske systemer ligger i hvilke komponenter som brukes.

I de følgende kapitlene vil vi diskutere ulike typer komponenter i detalj — de brukes i industrielle hydrauliske systemer. For å forklare hvordan man bruker disse komponentene, vil vi også designe noen grunnleggende hydrauliske kretser.

Hydrauliske grafiske symboler

I tidligere diskusjoner om hydrauliske komponenter og grunnleggende systemer ble alt forklart grafisk — ved hjelp av tverrsnittsvisninger for å vise komponentenes indre funksjoner visuelt. Denne metoden er nyttig for å forklare problemer, men er upraktisk fra et daglig arbeidsperspektiv.

Som andre tekniske fag bruker også hydraulikk grafiske symboler for å representere komponenter og systemer. De ulike hydrauliske komponentene og enkle systemene som tidligere er diskutert, kan alle representeres ved hjelp av ANSI Y32.10- eller ISO 1219-standardens grafiske symboler for hydraulikk og pneumakk.

I tillegg til komponentene som allerede er diskutert, omfatter komponentene i et hydraulisk system også elektriske motorer, hydrauliske filtre osv. Hydrauliske systemer drives vanligvis av elektriske motorer. Videre bør hydrauliske systemer bruke hydrauliske filtre for å opprettholde et rimelig renhetsnivå og beskytte oljen mot forurensning.

Figur 7-7 Standard hydrauliske grafiske symboler (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Disse symbolene brukes på alle hydrauliske kretsskjemaer i stedet for tverrsnitttegninger.

Figur 7-8 En komplett, enkel hydraulisk krets vist med standard grafiske symboler. Dette er hvordan hydrauliske kretser tegnes i ingeniørpraksis.